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    假如一個裸奔黑洞沖向太陽系,能發現嗎?我們會看到什么景象?

     星辰大海種花家 2019-10-03

    各位不要驚奇,還真有一個黑洞朝著地球飛來,當然這個GRO J1655-40是一個雙星系統,因此只要觀測雙星中的那顆恒星就知道這個黑洞飛到哪里了,但圍觀群眾可不這么覺得,假如是一個獨立的黑洞,周圍啥都么有,我們能觀察到它飛到哪里了呢?萬一這是要往太陽系,這可如何是好?

    GRO J1655-40雙星系統黑洞是一種什么樣的天體?

    這是天蝎座方向一個距離地球約11000光年的雙星系統,一顆F光譜的恒星(比太陽大),另一顆是一個小質量的黑洞,正以110千米/秒的速度沖向太陽系。這種怪異天體誕生方式一般早先是一個雙星系統,然后另一顆恒星質量比較大,發展比較快,過早的從主序星進入紅巨星,隨后超新星爆發,中心誕生了黑洞,

    而后期伴星也漸漸發展的巨星,恒星內部超強的輻射壓逐漸戰勝引力,直徑膨脹,成為紅巨星,漸漸落入黑洞的引力范圍,成為其吸積盤中物質的來源。而黑洞在這個過程會以及各方式影響伴星:

    • 黑洞影響伴星的運行軌道,觀測到超過預計的軌道變化

    • 黑洞運行會導致主星光譜出現非正常的引力紅移

    • 吸積盤物質會發射X射線,一般觀測到異常X射線即可判定有致密天體在搗鬼。

    盡管黑洞看不到,但可以通過觀測伴星的異常計算出周圍黑洞的質量,從而達到了解隱藏在伴星背后的“魔鬼”的真相!

    假如一個裸奔的黑洞正在前往太陽系,我們能發現嗎?

    黑洞有幾個特征供我們研究,這也就是著名的黑洞無毛定理,我們能拿到的參數最多只有三個,分別是:

    • 質量

    • 角動量

    • 電荷

    電荷這個參數就不用看了,即使有我們也無法測定,角動量在沒有確定黑洞位置以及其他附加影響之前,我們也無從談起,唯一能讓我們感知的就是質量!那么質量會產生哪些附加影響呢?

    • 吸積盤

    • 引力透鏡

    兩者產生的機理是不一樣的,但本質都是由質量引起,吸積盤需要周圍有塵埃物質,當然最好就是吞噬恒星物質,這樣的吸積盤會比較“明亮”,因為物質量大,而且本來就是高能物質。假如這顆流浪黑洞運行到星際空間,周圍物質及其稀疏時,就很難根據吸積盤來發現了,因為它發出的X射線實在太微弱,那么就只能根據另一個方式來感知黑洞了。

    銀心黑洞的X射線耀斑

    引力透鏡,這是廣義相對論中引力彎曲光線的事實反映,但這有一個前提要求,黑洞處在背景星系或者恒星和地球中間,此時我們方可以通過引力透鏡來觀測。黑洞是高致密天體,因此它形成的也是強引力透鏡,背景目標變化是比較明顯的。

    引力透鏡原理,當然當然并不只是原理圖,現實中我們也觀測到了大量的引力透鏡現象。

    哈勃太空望遠鏡獲得的21個強引力透鏡圖像數據。每幅小圖中心橘黃色的是前景透鏡星系,圍繞著透鏡星系的藍紫色結構是背景萊曼alpha發射體的多重圖像。當然您肯定發現了一個問題,即上圖中的透鏡體都是星系,那么前景是黑洞時效果會如何呢?

    就如上圖這個效果,當然我們不可能看到中心的黑斑,因為距離遙遠,但效果大致如此。或者角度合適的話,則能明顯看到愛因斯坦環。

    引力透鏡是我們發現裸奔黑洞的唯一方法,假如背景中沒有任何天體,而且黑洞經過的區域無法形成吸積盤的X射線輻射,那么我們可以認為,這個黑洞在影響太陽系之前我們是無感的,它偷偷的摸到太陽系附近,我們都不會知道。

    黑洞會哪種方式影響太陽系?

    假如我們真的一路上都一無所知,那么到太陽系附近的時候我們也能發現端倪了,畢竟能稱得上黑洞的,質量至少也是太陽的3倍以上,如此質量出現,引力擾動影響非常可觀的。

    • 對太陽系附近恒星引力擾動會被觀測到

    這可以理解,太陽系附近天體都只有數光年,一個太陽質量3倍以上的天體闖入,猶如小石頭丟進池塘,影響是可觀的。

    • 奧爾特云內的彗星類天體進入太陽系內行星數量急劇增加;

    彗星每年都很常見,隔三差五的都會有幾顆,但肉眼能觀測到的極少,假如某個時間段,比如數年內肉眼可見彗星大大增加,或者史無前例的大型彗星出現,甚至比哈雷彗星都要明亮,那么我們可以保證,奧爾特云內肯定有一個大物件出現了,在哪里,根據這些彗星的來源軌道計算下引力擾動的方向,大致就可以確定位置。

    海爾-波普彗星

    • 吸引了奧爾特云內物質后可能會出現吸積盤

    這比較能說明問題,因為物質密度增加,而且距離也近,因此吸積盤觀測的機會大大增加

    • 柯伊伯帶的小行星天體受到影響

    首先還是大量彗星,此時影響內行星或者直接撞擊的概率大大增加,因為柯伊伯帶的小行星密度明顯要高出不少,很大的概率是,此時的地球將會遭受一波行星形成以來的第二波撞擊(第一波是地球形成時清理軌道小行星時的撞擊),生命應該在此時已經滅絕。

    • 柯伊伯帶外圍天體被奪走,開始環繞黑洞

    太陽系邊緣,太陽的引力已經罩不住了,黑洞在接近太陽的過程中,會和太陽的引力影響形成雙星系統,但黑洞質量遠超太陽,因此這次主動的就是太陽了,實力所然,太陽不得不低頭。

    比較有可能的是構成上圖這種雙星運動模式,太陽系成為伴星黑洞的雙星系統,外行星會徹底被奪走,距離太陽比較近的內行星可能會被太陽保留,但也有可能被甩出太陽系軌道成為流浪行星而逃出生天,因為留在這個星系中,超強輻射即可致死,而且黑洞會慢慢吞噬物質。

    最終的結局尚難預料,可能會形成未定的雙星系統,也可能繼續靠近被慢慢吞噬,但估計應該會發生在太陽的紅巨星階段。

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